Введение к работе
' -з
Актуальность проблемы. Уровень современной порошковой металлургии позволяет создавать новые композиционные материалы с требуемым сочетанием физико-механических свойств. Уральским научно-исследовательским институтом композиционных материалов г-(г. Пермь) разработан ряд новых дисперсно-упрочненных композиционных материалов (ДУІШ) на основе порошковой" меди системы Cu-Al-Ti-C-O. Введение дисперсных частиц в сравнительно небольших концентрациях обеспечивает повышение температурного порога рекристаллизации при сохранении высокой электропроводности и технологической пластичности материала. Горячая экструзия брикетированных заготовок улучшает термическую стабильпость и жаропрочность композитов. Новые материалы рекомендовали для производства элементов сварочной техники.
Электроды машин контактной сварки работают в сложных условиях теплового и
механического циклического воздействия и являются самым быстро изнашиваемым
элементом оснастки. Применение;новых-электродных сплавов с целью повышения
стойкости электродов представляется весьма перспективным. Для широкого
применения композитов требуется определение их свойств в широких диапазонах
температур, а также исследование поведения материалов в конкретном
технологическом процессе. Наиболее рациональный подход к таким исследованиям -
сочетание физического и математического моделирования технологического
процесса.
Современные методы и средства математического моделирования позволяют эешать связанные, нелинейные задачи электродинамики и термомеханики, достаточно детально описать особенности технологического процесса, = выявить х ачественную картину воздействия различных факторов, а также расчетным путем 'становить количественные функциональные зависимости.
Цепь работы. Создание и апробация математической модели, описывающей-., ааимосвязанные электрические, тепловые и деформационные явления в процессе юнтактной точечной сварки (КТС). Применение математической модели для равнительного анализа работы различных электродов и изучения особенностей роцесса сварки электродами из ДУКМ с целью совершенствования технологии.
Научная новизна. Впервые сформулирована и реализована математическая юдель КТС, основанная на решении связанной системы дифференциальных равнений электродинамики и термомеханики с учетом фазовых переходов
4 материалов, температурной зависимости физико-механических свойств, динамики изменения электрических и термических контактных сопротивлений. При формулировке модели сварочных процессов впервые реализована теория неизотермического пластического течения для изотропного упруго-пластического упрочняющегося материала.
Получены зависимости теплофизических характеристик новых ДУКМ на основе порошковой меди системы Cu-AI-Ті-С-О в широком диапазоне температур.
Практическая значимость. Создан пакет программ, позволяющий оперативно моделировать конкретный технологический процесс. Он может быть рекомендован для решения широкого спектра задач сварочного производства, термообработки, металлургии и др.
Выявлены особенности процесса КТС электродами из ДУКМ и даны рекоменда-.щш по назначению технологических режимов сварки, обеспечивающих как качество сварного соединения, так и высокую стойкость технологической оснастки.
На основании численного анализа и результатов экспериментальных данных проведена оценка стойкости различных электродов.
Результаты работы использованы при разработке технологии КТС элементов самотечного транспорта на ОАО «Пермский мукомольный завод».
По материалам диссертационной работы подана заявка на выдачу патента РФ "Электрод для контактной точечной сварки".
Отдельные модули пакета прикладных программ используются в учебном процессе Пермского государственного технического университета.
Достоверность результатов работы обеспечивается решением ряда тестовых задач, а также сопоставлением численных решений с результатами физического моделирования процесса КТС.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Третьей международной конференции по тепловым напряжениям THERMAL STRESSES '99, Краков (Польша), 1999 г.; XII Зимней школе по механике сплошных сред, Пермь, 1999 г.; 4 Минском международном форуме по тепломассообмену, 2000 г.; Всероссийской конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии», Пермь, 2000 г.; ежегодных Всероссийских конференциях молодых ученых по математическому моделированию, Пермь, 1997-1999 гг.; научных семинарах кафедр «Сварочное производство и технология конструкциошшх материалов» (науч. руководитель проф. Р.А. Мусин) 1999 г., «Механика
5 композиционных материалов и конструкций» (науч. руководитель проф. Ю.В. Соколкин), 2000 г.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 9 работ, список которых помещен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы 126 страниц, включая 55 рисунков, 9 таблиц и библиографический список из 95 наименований.